DS／CDMA系統(tǒng)中的干擾抑制

【 摘 要 】 WCDMA技
術(shù) 是 無 線 寬 帶 通 信 發(fā) 展 方 向 之 一 ， 其 抗 干 擾 技 術(shù) 成 為 WCDMA系 統(tǒng) 中 的 關(guān) 鍵
技 術(shù) 。 本 文 就 DS／ CDMA系 統(tǒng) 的 抗 干 擾 性 及 其 干 擾 抑 制 進(jìn) 行 分 析 和 探 討 。

【 關(guān) 鍵 詞 】 碼 分
多 址 ； 多 址 干 擾 ； 多 用 戶 檢 測 器 ； 預(yù) 處 理 器

1 引 言

　　第 三 代 移 動 通 信 系 統(tǒng) 是 符 合 國 際 電 聯(lián) 提 出 的 IMT－
2000系 統(tǒng) 標(biāo) 準(zhǔn) 的 新 一 代 移 動 通 信 系 統(tǒng) ， 它 具 有 很 好 的 網(wǎng) 絡(luò) 兼 容 性 ， 能 實(shí)
現(xiàn) 全 球 范 圍 內(nèi) 多 個 不 同 系 統(tǒng) 間 的 漫 游 ， 提 供 廣 泛 的 多 媒 體 業(yè) 務(wù) 。 第 三 代
數(shù) 字 蜂 窩 移 動 通 信 系 統(tǒng) 兩 個 主 要 侯 選 方 案 即 北 美 的 CDMA2000系 統(tǒng) 和 歐 洲
的 WCDMA， 都 建 立 在 CDMA技 術(shù) 基 礎(chǔ) 上 ， CDMA將 成 為 未 來 移 動 通 信 的 發(fā) 展 方
向 。

　　WCDMA系 統(tǒng) 的 關(guān) 鍵 技 術(shù) 包 括 抗 干 擾 技 術(shù) ， 抗 多 徑 衰
落 ， 抗 遠(yuǎn) 近 效 應(yīng) 等 ， 現(xiàn) 就 DS／ CDMA系 統(tǒng) 的 抗 干 擾 技 術(shù) 進(jìn) 行 分 析 和 探 討 。

2 DS／ CDMA系 統(tǒng) 的 抗 干 擾 性

　　現(xiàn) 代 電 子 技 術(shù) 的 高 速 發(fā) 展 ， 空 間 電 磁 環(huán) 境 日 益 復(fù)
雜 ， 頻 道 相 對 擁 擠 ， 在 軍 事 通 信 中 ， 更 加 面 臨 著 各 種 人 為 干 擾 。 為 了 增
強(qiáng) 通 信 系 統(tǒng) 的 可 靠 性 ， 增 加 信 道 容 量 ， 人 們 采 用 碼 分 多 址 技 術(shù) 進(jìn) 行 擴(kuò) 展
頻 譜 通 信 。 與 常 規(guī) 通 信 相 比 ， DS／ CDMA系 統(tǒng) 具 有 高 處 理 增 益 ， 提 高 了 系
統(tǒng) 的 抗 干 擾 能 力 ， 處 理 增 益 GP可 表 示 為 ：

　　GP越 大 則 系 統(tǒng) 抗 干 擾 能 力 越 強(qiáng) ， 實(shí) 際 系 統(tǒng) 所 能 承
受 的 干 擾 可 由 干 擾 容 限 來 表 示 ：

　　Mj=GP－ [Lsys＋ (S／ N)out](2)

　　其 中 GP為 系 統(tǒng) 處 理 增 益 ， Lsys為 系 統(tǒng) 執(zhí) 行 損 耗 ，
包 括 射 頻 濾 波 器 的 損 耗 ， 相 關(guān) 處 理 器 的 混 頻 損 耗 ， 放 大 器 的 信 噪 比 損 耗
等 。 (S／ N)out為 相 關(guān) 接 收 輸 出 端 要 求 的 信 噪 比 。 在 工 程 應(yīng) 用 中 ， GP不 可
能 無 限 增 大 ， 又 因 為 器 件 的 非 線 性 及 碼 元 跟 蹤 誤 差 導(dǎo) 致 信 噪 比 損 失 ， 所
以 擴(kuò) 頻 接 收 機(jī) 實(shí) 際 上 容 許 輸 入 的 干 擾 與 信 號 功 率 比 ， 較 干 擾 容 限 還 要 低
。 并 且 DS／ CDMA系 統(tǒng) 本 身 存 在 多 址 干 擾 ， 因 此 ， 必 須 采 取 一 些 抑 制 干 擾
的 措 施 以 增 強(qiáng) 系 統(tǒng) 的 可 靠 性 。

3 干 擾 來 源 及 抑 制 措 施

3.1 多 址 干 擾 及 其 抑 制

　　在 DS／ CDMA系 統(tǒng) 中 ， 由 于 系 統(tǒng) 內(nèi) 各 用 戶 同 時 使 用
相 同 的 頻 帶 發(fā) 射 信 號 ， 這 樣 ， 對 每 一 個 用 戶 而 言 ， 其 它 用 戶 就 相 當(dāng) 于 它
的 干 擾 信 號 即 多 址 干 擾 (MAI)， 設(shè) 有 k個 用 戶 采 用 直 接 序 列 擴(kuò) 頻 ， 使 用 單
路 徑 同 步 信 道 ， 則 接 收 信 號 的 基 帶 表 示 為 :

從 (5)式 可 看 出 ， 當(dāng) 用 戶 數(shù) 量 增 加 時 MAIk也 增 加 ， 尤
其 是 當(dāng) 存 在 遠(yuǎn) 近 效 應(yīng) 時 ， 目 標(biāo) 用 戶 較 弱 的 信 號 (表 示 為 Akdk)可 能 會 被 其
它 用 戶 較 強(qiáng) 的 信 號 (MAIk)淹 沒 。 抑 制 MAI干 擾 可 以 從 以 下 幾 方 面 的 采 取 措
施 ：

　　(1)設(shè) 計 相 關(guān) 性 優(yōu) 良 的 擴(kuò) 頻 碼

從 上 面 MAI的 數(shù) 字 表 達(dá) 式 中 可 看 出 ， 碼 的 互 相 關(guān) 值 越
接 近 零 ， 則 MAI越 少 ， 所 以 選 擇 具 有 優(yōu) 良 相 關(guān) 性 能 的 地 址 碼 ， 能 減 少 多 址
干 擾 的 影 響 。

　　(2)應(yīng) 用 有 效 的 功 率 控 制 機(jī) 制

　　CDMA系 統(tǒng) 中 所 有 用 戶 使 用 同 一 頻 率 ， 如 果 均 以 相
同 功 率 發(fā) 射 ， 則 靠 近 基 站 的 移 動 臺 到 達(dá) 基 站 的 信 號 強(qiáng) ， 遠(yuǎn) 離 基 站 的 移 動
臺 到 達(dá) 基 站 的 信 號 弱 ， 導(dǎo) 致 強(qiáng) 信 號 淹 蓋 弱 信 號 ， 形 成 遠(yuǎn) 近 效 應(yīng) ， 因 而 增
強(qiáng) 了 各 個 地 址 用 戶 之 間 的 相 互 干 擾 。 必 須 采 用 嚴(yán) 格 的 功 率 控 制 機(jī) 制 ， 使
得 到 達(dá) 基 站 接 收 機(jī) 的 各 用 戶 信 號 強(qiáng) 度 基 本 相 同 ， 以 減 少 各 地 址 用 戶 由 于
信 號 強(qiáng) 度 不 同 造 成 的 影 響 。 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 ， 功 率 控 制 的 精 度 越 高 ， 對 抗 MAI干
擾 的 效 果 越 好 。

　　(3)前 向 糾 錯 技 術(shù)

　　在 DS／ CDMA系 統(tǒng) 中 ， 采 用 FEC前 向 糾 錯 技 術(shù) 對 抑 制
MAI干 擾 也 有 一 定 的 效 果 ， 設(shè) 計 強(qiáng) 有 力 的 前 向 糾 錯 碼 ， 可 使 接 收 在 較 低 的
信 干 比 下 仍 然 具 有 可 接 受 的 誤 碼 率 。

　　(4)扇 區(qū) 化 ／ 自 適 應(yīng) 天 線 技 術(shù)

　　使 用 僅 集 中 接 收 所 需 窄 小 角 度 范 圍 的 定 向 天 線 。
通 過 天 線 增 益 ， 所 需 用 戶 信 號 和 一 部 分 MAI得 到 增 強(qiáng) ， 而 使 從 其 它 角 度 到
達(dá) 的 MAI干 擾 信 號 得 到 很 大 衰 減 。

　　(5)話 音 激 活 技 術(shù)

　　當(dāng) 話 音 (或 數(shù) 據(jù) )停 頓 或 減 小 時 ， 停 止 傳 送 或 減 小
用 戶 平 均 功 率 。 對 于 分 布 均 勻 的 所 有 用 戶 來 說 ， 這 樣 做 可 以 減 小 用 戶 的
平 均 功 率 ， 所 以 可 減 少 每 個 用 戶 所 受 的 多 址 干 擾 。

　　(6)多 用 戶 檢 測 技 術(shù)

　　由 于 多 址 干 擾 具 有 很 強(qiáng) 的 結(jié) 構(gòu) 性 ， 在 用 戶 間 擴(kuò) 頻
碼 的 互 相 關(guān) 系 數(shù) 已 知 的 條 件 下 ， 完 全 可 以 利 用 多 址 干 擾 的 這 些 結(jié) 構(gòu) 信 息
， 進(jìn) 一 步 消 除 它 的 負(fù) 面 影 響 ， 提 高 系 統(tǒng) 的 性 能 。 多 用 戶 檢 測 的 基 本 思 想
， 采 用 空 間 傳 輸 中 造 成 干 擾 的 用 戶 的 各 種 信 息 進(jìn) 行 抗 干 擾 ， 其 接 收 系 統(tǒng)
模 型 如 圖 1：

　　接 收 機(jī) 主 要 利 用 多 個 用 戶 的 碼 元 、 時 間 、 信 號 幅
度 以 及 相 位 等 信 息 聯(lián) 合 檢 測 單 個 用 戶 的 信 號 ， 達(dá) 到 較 好 的 接 收 效 果 。 檢
測 器 的 種 類 較 多 ， 例 如 ： 線 性 解 相 關(guān) 檢 測 器 ， 線 性 MMSE多 用 戶 檢 測 器 ，
判 決 反 饋 檢 測 器 ， 連 續(xù) 干 擾 抵 消 器 等 ， 每 一 種 檢 測 器 都 有 各 自 的 優(yōu) 缺 點(diǎn)
， 在 此 不 一 一 比 較 。 多 用 戶 檢 測 技 術(shù) 能 降 低 CDMA系 統(tǒng) 中 功 率 控 制 的 復(fù) 雜
度 和 準(zhǔn) 確 度 要 求 ， 在 基 站 等 功 率 接 收 的 情 況 下 ， 能 進(jìn) 一 步 地 提 高 系 統(tǒng) 的
通 信 容 量 和 通 信 質(zhì) 量 。 但 也 存 在 以 下 缺 點(diǎn) ： ① 所 有 的 用 戶 接 收 機(jī) 需 要 準(zhǔn)
確 知 道 除 本 用 戶 外 的 所 有 正 在 通 信 的 用 戶 的 時 延 和 地 址 碼 ， 此 外 ， 其 中
一 些 多 用 戶 接 收 機(jī) 還 需 要 估 計 用 戶 的 功 率 或 碼 的 互 相 關(guān) 值 ； ② 工 程 實(shí) 現(xiàn)
相 對 復(fù) 雜 。 多 用 戶 檢 測 技 術(shù) 還 在 不 斷 的 發(fā) 展 和 完 善 中 ， 人 們 已 看 到 其 在
CDMA系 統(tǒng) 中 應(yīng) 用 的 巨 大 潛 力 。

　　以 上 每 一 種 技 術(shù) 對 MAI干 擾 抑 制 都 有 一 定 的 效 果 ，
實(shí) 際 使 用 中 ， 往 往 是 綜 合 運(yùn) 用 幾 種 抗 干 擾 措 施 ， 從 而 更 有 效 地 提 高 系 統(tǒng)
的 可 靠 性 。

3.2 人 為 干 擾 及 其 它 干 擾 的 抑 制

　　DS／ CDMA系 統(tǒng) 中 除 了 多 址 干 擾 影 響 系 統(tǒng) 的 性 能 外
， 進(jìn) 入 擴(kuò) 頻 系 統(tǒng) 的 干 擾 還 可 能 有 ： 其 它 無 線 電 系 統(tǒng) 發(fā) 出 的 強(qiáng) 信 號 ， 人 為
干 擾 包 括 窄 帶 瞄 準(zhǔn) 式 干 擾 和 寬 帶 阻 塞 式 干 擾 等 ， 通 常 在 解 擴(kuò) 解 調(diào) 前 采 用
預(yù) 處 理 的 方 式 消 除 這 些 干 擾 信 號 ， 原 理 框 圖 如 圖 2。

　　預(yù) 處 理 器 包 括 空 間 濾 波 和 時 間 濾 波 — 用 以 分 離 或
合 成 信 號 。 空 間 濾 波 利 用 天 線 陣 在 空 間 區(qū) 分 有 用 信 號 和 干 擾 信 號 (以 到 達(dá)
角 度 為 依 據(jù) )， 由 此 產(chǎn) 生 自 適 應(yīng) 波 束 形 成 技 術(shù) 和 零 位 控 制 技 術(shù) 。 自 適 應(yīng) 天
線 系 統(tǒng) 由 多 元 天 線 陣 和 信 息 處 理 器 組 成 ， 天 線 工 作 時 ， 信 息 處 理 器 的 輸
入 和 輸 出 特 性 按 一 定 的 算 法 調(diào) 整 內(nèi) 部 參 數(shù) ， 自 動 地 修 正 和 優(yōu) 化 天 線 的 方
向 圖 、 頻 率 響 應(yīng) 和 極 化 特 性 ， 并 搜 索 和 跟 蹤 有 用 信 號 ， 抑 制 或 消 去 干 擾
信 號 ， 能 在 空 間 頻 率 和 極 化 方 面 自 動 對 干 擾 信 號 調(diào) 零 ， 對 有 用 信 號 提 供
最 大 增 益 。 時 間 濾 波 器 處 理 從 單 個 天 線 輸 出 的 時 間 記 錄 信 息 ， 變 換 域 (頻
域 ， 時 域 )濾 波 技 術(shù) 是 時 間 濾 波 器 最 常 采 用 的 處 理 技 術(shù) 。

　　頻 域 處 理 ： 用 FFT變 換 將 收 到 的 時 域 信 號 轉(zhuǎn) 換 到 頻
域 ， 含 有 多 余 信 號 能 量 的 頻 率 集 被 認(rèn) 為 受 到 干 擾 并 進(jìn) 行 頻 率 搬 移 ， 實(shí) 際
是 由 FFT算 法 完 成 對 接 收 信 號 總 的 譜 估 計 ， 根 據(jù) 估 計 結(jié) 果 進(jìn) 行 抗 干 擾 濾 波
器 的 設(shè) 計 。

　　時 域 處 理 ： 自 適 應(yīng) 線 性 預(yù) 測 器 和 平 滑 濾 波 器 ， 運(yùn)
用 最 小 均 方 (LMS)和 循 環(huán) 最 小 平 方 (RLS)的 方 法 進(jìn) 行 處 理 ， 對 干 擾 信 號 的
處 理 在 很 大 程 度 上 依 賴 于 信 號 － 干 擾 比 。

　　預(yù) 處 理 方 式 能 夠 比 較 好 的 抑 制 窄 帶 瞄 準(zhǔn) 式 干 擾 及
它 臺 強(qiáng) 信 號 干 擾 ， 在 CDMA系 統(tǒng) 中 特 別 是 軍 用 戰(zhàn) 術(shù) 擴(kuò) 頻 電 臺 中 最 為 適 用 。

4 結(jié) 束 語

　　CDMA優(yōu) 于 其 它 多 址 技 術(shù) 是 由 于 其 寬 帶 擴(kuò) 頻 特 性 為
有 效 抑 制 干 擾 和 噪 聲 提 供 了 更 大 的 潛 力 。 而 干 擾 管 理 也 正 是 CDMA系 統(tǒng) 能
夠 穩(wěn) 定 運(yùn) 行 的 關(guān) 鍵 。 CDMA系 統(tǒng) 的 各 項(xiàng) 技 術(shù) 基 本 上 都 是 圍 繞 干 擾 管 理 這 個
核 心 來 展 開 。 CDMA系 統(tǒng) 是 干 擾 受 限 的 系 統(tǒng) ， 任 何 降 低 干 擾 和 噪 聲 的 技 術(shù)
的 采 用 都 能 提 高 系 統(tǒng) 的 容 量 和 通 信 質(zhì) 量 。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1]Ohno K， Sawahashi M， Adachi F�� Wideband
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Chicago， Illinois， USA： 779�� 783��

　　[2]Moshavi S�� Muiti�� user Detection for DS－
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　　[3]查 光 明 ， 熊 賢 祚 �� 擴(kuò) 頻 通 信 �� 西 安 ： 西 安 電 子
科 技 大 學(xué) 出 版 社 ， 1990��

　　[4]孫 立 新 ， 刑 寧 霞 �� CDMA移 動 通 信 技 術(shù) �� 北 京 ：
人 民 郵 電 出 版 社 ， 1997��

　　[5]Rapajic PB， Vucetic BS�� Adaptive
Receiver Structures for Asynchronous CDMA System�� IEEE Journal
on Selected Areas in Communications 12(4)： 685�� 697�� □
摘自《移動通信》